电工基础知识
第一节电路的组成和基本物理量
教学的重点：
1．了解电路的组成
2．了解电路的基本物理量的含义及其计算
教学的难点：
电路状态在实际工作中的判定；电路各物理量的含义及其计算应用。
教学方法：
讲授法、讨论法、启发式。
一、电路
电流经过的路径称为电路，最简单的电路由电源、负荷导线和开关组成。电源是将其他形式的能量转换成电能的装置，负载是将电能转换成其他形式能量的设备和器件，－般称为用电器。连接导线起传输和分配电能的作用。
电路可用原理接线图来表示，如图2－l所示。
有时为了突出电路的本质和进一步简化，把图2－l所示原理接线图画成常用的如图2－2所示的样子。
电路有外电路和内电路之分。从电源一端经负载再回到电源另一端的电路称为外电路。电源内部的通路称为内电路。
电路通常有三种状态：
1．通路
通路就是电路中的开关闭合，负荷中有电流流过。在通路状态下，根据负荷的大小，又分为满负荷、轻负荷、过负荷三种情况。负荷在额定功率下的工作状态叫满负荷；低于额定功率的工作状态叫轻负荷；高于额定功率的工作状态叫过负荷。由于过负荷很容易损坏电器，所以一般情况下都不允许出现过负荷。
2．短路
如果电源或负荷的两端被导线直接接通，此种状态叫做短路。短路时电路中的电流会远远超过正常值，可能造成电气设备过热。甚至烧毁，严重时会引起火灾。同时，过大的短路电流将产生很大的电动力，也可能损坏电气设备。
3．断路
把电路中的开关断开或因电路的某一部分发生浙线，使电路不能闭合，此种状态称为断
路。断路状态下电路中无电流，负荷不能运行。
二、基本物理量
（一）电流与电流强度
1．电流的概念
当合上电源开关的时候，灯泡会发光，电动机会转动。这是因为灯泡和电动机中有电流通过的缘故。电流虽然用肉眼看不见，但是可以通过它的各种表现（如灯亮、电机转动）而被人所觉察。
电流就是在一定的外加条件下（如接外电源）导体中大量电荷有规则的定向运动。规定以正电荷移动方向作为电流的正方向。如图2－3所示在AB导线中电子运动方向是由A向B，电流的方向则是由B向A。
（二）电压与电动势
1．电压
如果想要知道蓄电池是否有电，可以用伏特表去量一量，也可以用导线把小电珠接到电池的两极之间（如图2－4所示）。如果伏特表有指示或小电珠发光我们就知道电池有电压，也就是通常所说“有电”。
图2－5所示A和B表示负载两端，电流的方向由A流向B，
负载灯泡发光，说明电流通过灯丝时产生热和光。为了表示电流
强度与做功的本领，引入一物理量——电压U AB：
其中Q为由A端移动到B端的电荷电量，单位：库仑。A为电场力对电荷所做的功，单位：焦尔。电压的单位是伏特（V）。计算微小电压时则用毫伏（mV）或微伏（μV），高电压时则用千伏（kV）。
2．电动势
电动势是衡量电源转换本领的物理量。定义为：外力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到正极所做的功，称为该电源的电动势，用符号E表示，即：
其中E为电源电动势，单位是伏特。A外力所做的功，单位为焦尔。q为外力分离电荷电量，单位库仑。
电动势和电压的单位虽相同，但二者概念有区别：
首先，物理意义不同。电压是衡量电场力作功大小的物理量，而电动势则表示非电场力作功本领的物理量。
其次，两者的方向不同，电压是由高电位指向低电
位，是电位降低的方向。而电动势是由低电位指向高
电位，是电位升高的方向。图2－7给出了电源的几种
画法及电动势和端电压的方向。再次，两者存在方式
不同。电压既存在电源内部也存在于电源的外部，电
动势仅存在于电源的内部。
（三）导体、绝缘体与导体电阻
1．导体
能够传导电流的物体导体。常用的导体是金属，如银、铜。铝等。金属中存在着大量的自由电子。当导体与电源接成闭合回路时，这些自由电子就会在电场力的作用下朝一定方向运动形成电流。
2．绝缘体
能够可靠地隔绝电流的物体叫做绝缘体。如橡胶、塑料、陶瓷、变压器油、空气等都是很好的绝缘体。导体和绝缘体并没有绝对的界限，在一般状态下是很好的绝缘体，当条件改变时也可能变为导体。例如干燥的木头是很好的绝缘体，但把木头弄湿后，它就变得容易导电了。
3．电阻
在导体两端加上电压，导体中就会产生电流。从物体的微观结一来说，电子的运动必然要和导体中的分子或原子发生碰撞，使电子在导体中的运动受到一定阻力，导体对于电流的阻碍作用，称为电阻。
不同材料的导体，对电流的阻碍作用也是不尽相同的。有的导体电阻很小，则表示它的导电能力好；有的导体电阻很大，则表示三的导电能力差。电阻用R表示，单位是欧姆，其符号为“Ω”。常用的单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。
1kΩ＝1000Ω
1 MΩ＝1000 kΩ
导体电阻的大小决定于导体的长度、横截面积和自身的材料。在同一温度下，导体的电阻与导体横截面积成反比，与导体长度成正比。用公式表示为：
式中：ρ为电阻系数，L为导体长度，S为导体横截面积。
（四）欧姆定律
1．部分电路欧姆定律
图2－9是不含电源的部分电路，当在电阻R两端加上电压U时，电路中有电流流过。当电阻R不变，如果电压U发生变化，则流过电阻的电流也随着变化。
流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与这段
导体的电阻成反比，称为部分电路欧姆定律，其数学表
达式为：
2．全电路欧姆定律
全电路是指含有电源的闭合电路，如图2－10所示。
虚线框内R0表示电源内电阻。
当开关S闭合后，电路中有电流流过，当电流流过
电源内部5：，在内阻上产生了电压降U0，这样电阻R
